مع زيادة عدد دورات الشحن والتفريغ ، ستستمر سعة البطارية في التدهور. عندما تتحلل السعة إلى 75٪ إلى 80٪ من السعة المقدرة ، تعتبر بطارية الليثيوم أيون في حالة فشل. معدل التفريغ وارتفاع درجة حرارة البطارية ودرجة الحرارة المحيطة لها تأثير أكبر على قدرة تفريغ بطاريات الليثيوم أيون.

تعتمد هذه الورقة معايير الشحن والتفريغ للجهد الثابت وشحن التيار المستمر والتفريغ المستمر للبطارية. يتم استخدام معدل التفريغ وارتفاع درجة حرارة تفريغ البطارية ودرجة الحرارة المحيطة على التوالي كمتغيرات ويتم إجراء تجارب دورية كميًا ، ويتم تحليل معدل التفريغ ودرجة حرارة تفريغ البطارية تحت مواد الكاثود المختلفة. تأثير درجة الحرارة المحيطة ودرجة الحرارة وأوقات الدورات على قدرة تفريغ بطاريات الليثيوم أيون.

1. البرنامج التجريبي الأساسي للبطارية

تختلف المواد الإيجابية عن السلبية ، وتتنوع دورة الحياة بشكل كبير ، مما يؤثر على خصائص سعة البطارية. تستخدم فوسفات الحديد الليثيوم (LFP) والمواد الثلاثية من النيكل والكوبالت والمنغنيز (NMC) على نطاق واسع كمواد كاثودية لبطاريات الليثيوم أيون الثانوية مع مزاياها الفريدة. يمكن أن نرى من الجدول 1 أن السعة المقدرة والجهد الاسمي ومعدل تفريغ بطارية NMC أعلى من تلك الموجودة في بطارية LFP.

شحن وتفريغ بطاريات الليثيوم أيون LFP و NMC وفقًا لشحن تيار مستمر وجهد ثابت معين وقواعد تفريغ تيار مستمر ، وتسجيل جهد قطع الشحن والتفريغ ، ومعدل التفريغ ، وارتفاع درجة حرارة البطارية ، ودرجة الحرارة التجريبية ، وتغييرات سعة البطارية أثناء عملية الشحن والتفريغ.

2. تأثير معدل التفريغ على سعة التفريغ قم بإصلاح قواعد درجة الحرارة والشحن والتفريغ ، وتفريغ بطارية LFP وبطارية NMC بتيار ثابت وفقًا لمعدلات التفريغ المختلفة.

اضبط درجة الحرارة على التوالي: 35 ، 25 ، 10 ، 5 ، -5 ، -15 درجة مئوية. يمكن أن نرى من الشكل 1 أنه عند نفس درجة الحرارة ، من خلال زيادة معدل التفريغ ، تُظهر سعة التفريغ الإجمالية لبطارية LFP اتجاهًا هبوطيًا. في ظل نفس معدل التفريغ ، يكون للتغيرات في درجات الحرارة المنخفضة تأثير أكبر على قدرة تفريغ بطاريات LFP.

عندما تنخفض درجة الحرارة إلى أقل من 0 درجة مئوية ، فإن سعة التفريغ تتلاشى بشدة وتكون السعة غير قابلة للتراجع. تجدر الإشارة إلى أن بطاريات LFP تؤدي إلى تفاقم توهين سعة التفريغ تحت التأثير المزدوج لدرجة الحرارة المنخفضة ومعدل التفريغ الكبير. بالمقارنة مع بطاريات LFP ، تعد بطاريات NMC أكثر حساسية لدرجة الحرارة ، وتتغير سعة تفريغها بشكل كبير مع درجة الحرارة المحيطة ومعدل التفريغ.

يمكن أن نرى من الشكل 2 أنه عند نفس درجة الحرارة ، تُظهر سعة التفريغ الإجمالية لبطارية NMC اتجاهًا للاضمحلال الأول ثم الارتفاع. تحت نفس معدل التفريغ ، كلما انخفضت درجة الحرارة ، انخفضت سعة التفريغ.

مع زيادة معدل التفريغ ، تستمر قدرة تفريغ بطاريات الليثيوم أيون في الانخفاض. والسبب هو أنه بسبب الاستقطاب الخطير ، يتم تقليل جهد التفريغ إلى جهد قطع التفريغ مقدمًا ، أي أنه يتم تقصير وقت التفريغ ، والتفريغ غير كافٍ ، والقطب السالب Li + لا يسقط. جزءا لا يتجزأ تماما. عندما يكون معدل تفريغ البطارية بين 1.5 و 3.0 ، تبدأ سعة التفريغ في إظهار علامات الانتعاش بدرجات متفاوتة. مع استمرار التفاعل ، ستزداد درجة حرارة البطارية نفسها بشكل كبير مع زيادة معدل التفريغ ، وتقوية قدرة الحركة الحرارية لـ Li + ، وتسريع سرعة الانتشار ، بحيث يتم تسريع سرعة إزالة التضمين لـ Li + و ترتفع قدرة التفريغ. يمكن الاستنتاج أن التأثير المزدوج لمعدل التفريغ الكبير وارتفاع درجة حرارة البطارية نفسها يسببان ظاهرة غير رتيبة للبطارية.

3. تأثير ارتفاع درجة حرارة البطارية على سعة التفريغ. تخضع بطاريات NMC على التوالي لتجارب تفريغ 2.0 و 2.5 و 3.0 و 3.5 و 4.0 و 4.5 درجة مئوية عند 30 درجة مئوية ، ويوضح الشكل 3. منحنى العلاقة بين سعة التفريغ وارتفاع درجة حرارة بطارية ليثيوم أيون.

يمكن أن نرى من الشكل 3 أنه في ظل نفس سعة التفريغ ، كلما زاد معدل التفريغ ، زاد تغير ارتفاع درجة الحرارة. يوضح تحليل الفترات الثلاث لعملية التفريغ المستمر للتيار تحت نفس معدل التفريغ أن ارتفاع درجة الحرارة يكون بشكل أساسي في المراحل الأولية والمتأخرة من التفريغ.

رابعًا ، تأثير درجة الحرارة المحيطة على سعة التفريغ. أفضل درجة حرارة تشغيل لبطاريات الليثيوم أيون هي 25-40 ℃. من مقارنة الجدول 2 والجدول 3 ، يمكن ملاحظة أنه عندما تكون درجة الحرارة أقل من 5 درجات مئوية ، يتم تفريغ نوعي البطاريات بسرعة ويتم تقليل سعة التفريغ بشكل كبير.

بعد تجربة درجة الحرارة المنخفضة ، تمت استعادة درجة الحرارة المرتفعة. عند نفس درجة الحرارة ، انخفضت سعة تفريغ بطارية LFP بمقدار 137.1 مللي أمبير ، وانخفضت بطارية NMC بمقدار 47.8 مللي أمبير ، لكن ارتفاع درجة الحرارة ووقت التفريغ لم يتغير. يمكن ملاحظة أن LFP تتمتع باستقرار حراري جيد ولا تظهر إلا القليل من التحمل في درجات الحرارة المنخفضة ، وقدرة البطارية لها توهين لا رجعة فيه ؛ بينما بطاريات NMC حساسة للتغيرات في درجات الحرارة.

خامساً ، تأثير عدد الدورات على سعة التفريغ ، الشكل 4 هو رسم تخطيطي لمنحنى اضمحلال السعة لبطارية ليثيوم أيون ، وسعة التفريغ عند 0.8Q مسجلة كنقطة فشل البطارية. مع زيادة عدد دورات الشحن والتفريغ ، تبدأ سعة التفريغ في الانخفاض.

تم شحن بطارية LFP 1600 مللي أمبير في الساعة وتفريغها عند 0.5 درجة مئوية وتفريغها عند 0.5 درجة مئوية لتجربة دورة الشحن والتفريغ. تم إجراء ما مجموعه 600 دورة ، واستخدم 80٪ من سعة البطارية كمعيار لفشل البطارية. استخدم 100 كأوقات فاصلة لتحليل النسبة المئوية للخطأ النسبي لسعة التفريغ وتوهين السعة ، كما هو موضح في الشكل 5.

تم شحن بطارية NMC 2000 مللي أمبير في الساعة عند 1.0 درجة مئوية وتفريغها عند 1.0 درجة مئوية لتجربة دورة الشحن والتفريغ ، وتم اعتبار 80 ٪ من سعة البطارية كسعة البطارية في نهاية عمرها. خذ أول 700 مرة وقم بتحليل سعة التفريغ ونسبة الخطأ النسبي لتوهين السعة مع 100 كفترة زمنية ، كما هو موضح في الشكل 6.

سعة بطارية LFP وبطارية NMC عندما يكون عدد الدورات 0 هو السعة المقدرة ، ولكن عادةً ما تكون السعة الفعلية أقل من السعة المقدرة ، لذلك بعد أول 100 دورة ، تتحلل سعة التفريغ بشكل خطير. بطارية LFP ذات دورة حياة طويلة ، والعمر النظري 1,000 مرة ؛ العمر النظري لبطارية NMC 300 مرة. بعد نفس العدد من الدورات ، تتحلل سعة بطارية NMC بشكل أسرع ؛ عندما يكون عدد الدورات 600 ، تتحلل سعة بطارية NMC بالقرب من عتبة الفشل.

6. اختتام

من خلال تجارب الشحن والتفريغ على بطاريات أيونات الليثيوم ، يتم استخدام المعلمات الخمسة لمادة الكاثود ، ومعدل التفريغ ، وارتفاع درجة حرارة البطارية ، ودرجة الحرارة المحيطة ورقم الدورة كمتغيرات ، ويتم تحليل العلاقة بين الخصائص المتعلقة بالسعة والعوامل المؤثرة المختلفة ، ويتم الحصول على ما يلي في الختام:

(1) ضمن نطاق درجة الحرارة المقدرة للبطارية ، تعمل درجة الحرارة المرتفعة المناسبة على تعزيز إزالة التداخل والتضمين لـ Li +. خاصة بالنسبة لسعة التفريغ ، كلما زاد معدل التفريغ ، زاد معدل توليد الحرارة ، وكلما زاد وضوح التفاعل الكهروكيميائي داخل بطارية الليثيوم أيون.

(2) تُظهر بطارية LFP قدرة جيدة على التكيف مع درجة الحرارة العالية ومعدل التفريغ أثناء الشحن والتفريغ ؛ لديها قدرة تحمل ضعيفة لدرجة الحرارة المنخفضة ، وقدرة التفريغ تتلاشى بشدة ، ولا يمكن استعادتها بعد التسخين.

(3) في ظل نفس عدد دورات الشحن والتفريغ ، تتمتع بطارية LFP بعمر دورة طويل ، وتتحلل سعة بطارية NMC إلى 80٪ من السعة المقدرة بسرعة أكبر. (4) مقارنةً ببطارية LFP ، تكون سعة تفريغ بطارية NMC أكثر حساسية لدرجة الحرارة ، وبمعدل تفريغ كبير ، فإن سعة التفريغ ليست رتيبة ويتغير ارتفاع درجة الحرارة بشكل كبير.